KR102565090B1 - Ridge-waveguide slot antenna - Google Patents
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Abstract
릿지 도파관 슬롯 안테나가 개시된다. 이 안테나는 급전 도파관; 및 상기 급전 도파관에 교차하도록 상기 급전 도파관의 상부벽에 결합되는 하부벽을 갖는 방사 도파관을 포함하며, 상기 급전 도파관 내의 에너지가, 상기 급전 도파관의 상부벽과 상기 방사 도파관의 하부벽에 형성된 Z 형상의 급전 슬롯을 통해, 상기 방사 도파관으로 전달된다.A ridge waveguide slot antenna is disclosed. The antenna includes a feeding waveguide; and a radiating waveguide having a lower wall coupled to an upper wall of the feeding waveguide so as to intersect the feeding waveguide, wherein energy in the feeding waveguide is converted into a Z shape formed on the upper wall of the feeding waveguide and the lower wall of the radiating waveguide. Through the feeding slot of the, is transmitted to the radiation waveguide.
Description
본 발명은 도파관 슬롯 안테나(waveguide slot antenna)에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 릿지형 도파관 슬롯 안테나(ridge-waveguide slot antenna)의 급전 기술에 관한 것이다.The present invention relates to a waveguide slot antenna, and more particularly, to a power feeding technology for a ridge-waveguide slot antenna.
도파관 슬롯 안테나(waveguide slot antenna)는 초고주파 통신 및 SAR(Synthetic Aperture Radar)와 같은 레이더용 안테나로 널리 사용된다. 최근에는 다양한 정보 수집을 위해 단일 편파(single polarization)를 지원하는 도파관 슬롯 안테나보다 이중 편파(dual polarization)를 지원하는 도파관 슬롯 안테나를 많이 이용하는 추세이다.A waveguide slot antenna is widely used as an antenna for radar such as very high frequency communication and synthetic aperture radar (SAR). Recently, there is a tendency to use waveguide tube slot antennas supporting dual polarization rather than waveguide tube slot antennas supporting single polarization to collect various information.
이중 편파를 지원하는 도파관 슬롯 안테나는 잘 알려진 여러 요인들로 인해 작은 사이즈로 설계되어야 한다. 도파관 슬롯 안테나를 작은 사이즈로 설계하기 위해, 도파관의 내부에 릿지(ridge)를 삽입하여 도파관의 넓은 면(broad wall)을 축소하도록 설계된 릿지 도파관 슬롯 안테나가 널리 이용되고 있다. A waveguide slot antenna supporting dual polarization must be designed in a small size due to well-known factors. In order to design a waveguide tube slot antenna in a small size, a ridge waveguide slot antenna designed to reduce a broad wall of the waveguide tube by inserting a ridge inside the waveguide tube is widely used.
도 1은 관련 기술에 따른 릿지 도파관 슬롯 안테나(Ridge-Waveguide Slot Antenna)의 구조를 나타내는 도면이다.1 is a diagram showing the structure of a ridge-waveguide slot antenna according to a related art.
도 1을 참조하면, 관련 기술에 따른 릿지 도파관 슬롯 안테나는 급전 도파관(feeding waveguide)(10)과 상기 급전 도파관(radiating waveguide)(10)의 종단에 교차하는 형태로 결합되는 방사 도파관(20)으로 이루어진다.Referring to FIG. 1, the ridge waveguide slot antenna according to the related art includes a feeding waveguide 10 and a radiating waveguide 20 coupled to an end of the radiating waveguide 10 in a cross-shaped manner. It is done.
방사 도파관(20)의 상부벽에는 복수의 방사 슬롯들(Radiating Slots: RS1, RS2, RS3, RS4, RS5, ...)이 배열된다. 방사 슬롯은 방사 도파관(20)의 상부벽을 관통하는 일직선 형태의 구멍이다. 방사 도파관(20)은 방사 슬롯들(RS1, RS2, RS3, RS4, RS5, ...)을 통해 RF 신호를 방사한다.A plurality of radiating slots (RS1, RS2, RS3, RS4, RS5, ...) are arranged on the upper wall of the radiating waveguide 20. The radiation slot is a hole in the form of a straight line penetrating the upper wall of the radiation waveguide 20 . Radiation waveguide 20 radiates RF signals through radiating slots RS1, RS2, RS3, RS4, RS5, ....
도 1의 우측에는 방사 도파관(20)의 상부벽을 제거한 상태에서 방사 도파관(20)의 내부 구조를 나타내는 확대도가 도시된다. 도 1에 도시된 바와 같이, 급전 도파관(10)의 상부벽과 직접 접촉하는 방사 도파관(20)의 하부벽에는 방사 도파관(20)의 길이 방향에 대해 일정한 각도(θ)로 경사진 급전 슬롯(inclined feeding slot)(21)이 형성된다. 이때, 급전 도파관(10)의 상부벽에도 급전 슬롯(21)의 형상과 동일한 형상의 슬롯이 동일한 위치에 형성된다.The right side of FIG. 1 shows an enlarged view showing the internal structure of the radiation waveguide 20 in a state where the upper wall of the radiation waveguide 20 is removed. As shown in FIG. 1, on the lower wall of the radiation waveguide 20 directly in contact with the upper wall of the feed waveguide 10, the feed slot inclined at a constant angle θ with respect to the longitudinal direction of the radiation waveguide 20 ( An inclined feeding slot (21) is formed. At this time, a slot having the same shape as that of the feeding slot 21 is also formed on the upper wall of the feeding waveguide 10 at the same position.
또한, 방사 도파관(20)의 하부벽 상에는 경사진 급전 슬롯(21)을 사이에 두고, 방사 도파관(20)의 중심선(2)을 따라 연장되는 릿지들(22 및 23)이 형성된다. 이러한 측면에서 방사 도파관(20)은 릿지형 도파관이라 불리 수 있다.In addition, ridges 22 and 23 extending along the center line 2 of the radiation waveguide 20 are formed on the lower wall of the radiation waveguide 20 with the inclined feeding slot 21 interposed therebetween. In this respect, the radiation waveguide 20 may be referred to as a ridge waveguide.
일반적으로 급전 도파관(10) 내의 에너지(또는 전력)은 경사진 급전 슬롯(21)을 통해 방사 도파관(20)으로 전달된다. 이 때, 방사 도파관(10)과 급전 도파관(20)의 임피던스 정합은 급전 슬롯(21)의 폭과 경사진 각도(θ)의 조절에 따라 수행될 수 있다.In general, energy (or power) in the feed waveguide 10 is transferred to the radiating waveguide 20 through the inclined feed slot 21 . In this case, impedance matching between the radiation waveguide 10 and the feeding waveguide 20 may be performed by adjusting the width and the inclination angle θ of the feeding slot 21 .
이러한 관련 기술에 따른 릿지 도파관 슬롯 안테나에 사이즈가 축소된 릿지형 도파관(20)을 적용하는 데 한계가 있다. 급전 슬롯(21)의 폭을 조절하여 임피던스 정합을 수행하기에는 릿지형 도파관(20)의 폭이 경사진 급전 슬롯(21)의 길이보다 좁아 어려움이 있다.There is a limit to the application of the size-reduced ridge waveguide 20 to the ridge waveguide slot antenna according to this related art. It is difficult to perform impedance matching by adjusting the width of the feed slot 21 because the width of the ridge-type waveguide 20 is narrower than the length of the inclined feed slot 21 .
또한, 경사진 급전 슬롯(21)의 각도를 조절하여 임피던스 정합을 하는 경우, 두 릿지들(22 및 23) 사이의 릿지 갭(Ridge gap)(24)을 넓혀야 한다. 하지만 릿지 갭(24)을 과도하게 넓히면, 방사 도파관(20)에 삽입되는 릿지 영역(릿지의 길이)이 줄어들기 때문에, 안테나 이득, 사이드로브(sidelobe) 레벨 등과 같은 안테나 주요 특성이 나빠진다. 따라서 이러한 급전 구조는 높은 안테나 이득 및 낮은 사이드로브 특성을 요구하는 최근 무선 통신에 적용하기에는 어려움이 있다.In addition, when impedance matching is performed by adjusting the angle of the inclined feed slot 21, a ridge gap 24 between the two ridges 22 and 23 must be widened. However, if the ridge gap 24 is excessively widened, the ridge area (length of the ridge) inserted into the radiation waveguide 20 is reduced, and thus main antenna characteristics such as antenna gain and sidelobe level are deteriorated. Therefore, it is difficult to apply this power feeding structure to recent wireless communications requiring high antenna gain and low sidelobe characteristics.
상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 높은 안테나 이득 및 낮은 사이드로브 특성을 제공하기 위한 급전 구조를 갖는 릿지 도파관 슬롯 안테나를 제공하는 데 있다.An object of the present invention to solve the above problems is to provide a ridge waveguide slot antenna having a feed structure for providing high antenna gain and low sidelobe characteristics.
본 발명의 전술한 목적들 및 그 이외의 목적과 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부된 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해 진다.The above-mentioned objects and other objects, advantages and characteristics of the present invention, and a method of achieving them will become clear with reference to the embodiments described below in detail in conjunction with the accompanying drawings.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일면에 따른 릿지 도파관 슬롯 안테나는 급전 도파관; 및 상기 급전 도파관에 교차하도록 상기 급전 도파관의 상부벽에 결합되는 하부벽을 갖는 방사 도파관을 포함하며, 상기 급전 도파관 내의 에너지가, 상기 급전 도파관의 상부벽과 상기 방사 도파관의 하부벽에 형성된 Z 형상의 급전 슬롯을 통해, 상기 방사 도파관으로 전달된다.Ridge waveguide slot antenna according to an aspect of the present invention for achieving the above object is a feed waveguide; and a radiating waveguide having a lower wall coupled to an upper wall of the feeding waveguide so as to intersect the feeding waveguide, wherein energy in the feeding waveguide is converted into a Z shape formed on the upper wall of the feeding waveguide and the lower wall of the radiating waveguide. Through the feeding slot of the, is transmitted to the radiation waveguide.
실시 예에서, 상기 방사 도파관의 내부에는 상기 방사 도파관의 중심을 지나는 가상의 중심선을 따라 연장되는 제1 및 제2 릿지가 형성되고, 상기 Z 형상의 급전 슬롯은, 상기 제1 릿지의 단부와 상기 제1 릿지의 단부와 마주하는 상기 제2 릿지의 단부 사이에 형성된다.In an embodiment, first and second ridges extending along an imaginary center line passing through the center of the radiation waveguide are formed inside the radiation waveguide, and the Z-shaped feed slot is formed at an end of the first ridge and the It is formed between the end of the first ridge and the end of the second ridge facing each other.
실시 예에서, 상기 급전 도파관과 상기 방사 도파관 간의 임피던스 정합은, 상기 제1 릿지의 단부와 상기 제2 릿지의 단부 사이의 릿지 갭(Ridge gap)을 조절하여 수행된다.In an embodiment, impedance matching between the feed waveguide and the radiation waveguide is performed by adjusting a ridge gap between an end of the first ridge and an end of the second ridge.
실시 예에서, 상기 Z 형상의 급전 슬롯은, 상기 방사 도파관의 폭 방향으로 연장되는 제1 슬롯; 상기 제1 슬롯의 한쪽 단부로부터 상기 방사 도파관의 길이 방향으로 연장되는 제2 슬롯; 및 상기 제1 슬롯의 다른 쪽 단부로부터 상기 제2 슬롯이 연장되는 방향과 반대 방향으로 연장되는 제3 슬롯을 포함한다.In an embodiment, the Z-shaped feeding slot may include a first slot extending in a width direction of the radiation waveguide; a second slot extending from one end of the first slot in a longitudinal direction of the radiation waveguide; and a third slot extending from the other end of the first slot in a direction opposite to a direction in which the second slot extends.
실시 예에서, 상기 급전 도파관과 상기 방사 도파관 간의 임피던스 정합은, 상기 제1 내지 제3 슬롯 중에서 선택된 적어도 어느 하나의 길이 조절을 통해 수행된다.In an embodiment, impedance matching between the feed waveguide and the radiation waveguide is performed by adjusting the length of at least one selected from the first to third slots.
실시 예에서, 상기 방사 도파관이 상부벽에는 RF 신호를 방사하는 복수의 방사 슬롯들이 배열된다.In an embodiment, a plurality of radiation slots for radiating RF signals are arranged on an upper wall of the radiation waveguide.
본 발명의 다른 일면에 따른 릿지 도파관 슬롯 안테나는 급전 도파관; 상기 급전 도파관에 교차하도록 상기 급전 도파관의 상부벽에 결합되는 제1 하부벽을 갖는 제1 방사 도파관; 및 상기 급전 도파관에 교차하도록 상기 급전 도파관의 상부벽에 결합되는 제2 하부벽을 갖는 제2 방사 도파관을 포함하고, 상기 급전 도파관 내의 에너지는, 상기 급전 도파관의 상부벽과 상기 제1 방사 도파관의 상기 제1 하부벽에 형성된 Z 형상의 제1 급전 슬롯을 통해, 상기 제1 방사 도파관으로 전달되고, 상기 급전 도파관의 상부벽과 상기 제2 방사 도파관의 상기 제2 하부벽에 형성된 Z 형상의 제2 급전 슬롯을 통해, 상기 제2 방사 도파관으로 전달된다.A ridge waveguide slot antenna according to another aspect of the present invention includes a feeding waveguide; a first radiation waveguide having a first lower wall coupled to an upper wall of the feeding waveguide to intersect the feeding waveguide; and a second radiating waveguide having a second bottom wall coupled to an upper wall of the feed waveguide so as to intersect the feed waveguide, wherein energy in the feed waveguide is transferred between the top wall of the feed waveguide and the first radiating waveguide. Passed to the first radiation waveguide through the Z-shaped first feeding slot formed on the first lower wall, and the Z-shaped first radiation waveguide formed on the upper wall of the feeding waveguide and the second lower wall of the second radiation waveguide. Through 2 feed slots, it is transmitted to the second radiation waveguide.
실시 예에서, 상기 Z 형상의 제1 급전 슬롯은, 상기 제1 방사 도파관의 내부에 형성된 제1 릿지의 단부와 제2 릿지의 단부 사이에 형성되고, 상기 Z 형상의 제2 급전 슬롯은, 상기 제2 방사 도파관의 내부에 형성된 제3 릿지의 단부와 제4 릿지의 단부 사이에 형성된다. In an embodiment, the Z-shaped first feed slot is formed between an end of a first ridge and an end of a second ridge formed inside the first radiation waveguide, and the Z-shaped second feed slot is It is formed between the end of the third ridge and the end of the fourth ridge formed inside the second radiation waveguide.
실시 예에서, 상기 Z 형상의 제1 급전 슬롯은, 상기 제1 방사 도파관의 폭 방향으로 연장되는 제1 슬롯; 상기 제1 슬롯의 한쪽 단부로부터 상기 방사 도파관의 길이 방향으로 연장되는 제2 슬롯; 및 상기 제1 슬롯의 다른 쪽 단부로부터 상기 제2 슬롯이 연장되는 방향과 반대 방향으로 연장되는 제3 슬롯을 포함하고, 상기 Z 형상의 제2 급전 슬롯은, 상기 제2 방사 도파관의 폭 방향으로 연장되는 제4 슬롯; 상기 제4 슬롯의 한쪽 단부로부터 상기 방사 도파관의 길이 방향으로 연장되는 제5 슬롯; 및 상기 제4 슬롯의 다른 쪽 단부로부터 상기 제5 슬롯이 연장되는 방향과 반대 방향으로 연장되는 제6 슬롯을 포함한다.In an embodiment, the Z-shaped first feeding slot may include a first slot extending in a width direction of the first radiation waveguide; a second slot extending from one end of the first slot in a longitudinal direction of the radiation waveguide; and a third slot extending from the other end of the first slot in a direction opposite to a direction in which the second slot extends, wherein the Z-shaped second feed slot extends in a width direction of the second radiation waveguide. a fourth slot extending; a fifth slot extending from one end of the fourth slot in the longitudinal direction of the radiation waveguide; and a sixth slot extending from the other end of the fourth slot in a direction opposite to a direction in which the fifth slot extends.
실시 예에서, 상기 급전 도파관과 상기 제1 및 제2 방사 도파관 사이의 임피던스 정합은, 상기 제1 슬롯의 길이 및 상기 제4 슬롯의 길이 중에서 적어도 하나의 길이 조절을 통해 수행된다.In an embodiment, impedance matching between the feed waveguide and the first and second radiation waveguides is performed by adjusting at least one of a length of the first slot and a length of the fourth slot.
실시 예에서, 상기 제1 방사 도파관과 상기 제2 방사 도파관의 위상을 동위상으로 맞추기 위해, 상기 급전 도파관의 내부에 지연 포스트(Delay Post)가 형성되고, 상기 지연 포스트는, 상기 급전 도파관의 내부에서 상기 제2 방사 도파관의 내부에 형성된 릿지의 아래에 형성된다.In an embodiment, in order to match the phases of the first radiation waveguide and the second radiation waveguide to the same phase, a delay post is formed inside the feed waveguide, and the delay post is inside the feed waveguide. is formed below the ridge formed inside the second radiation waveguide.
실시 예에서, 상기 제1 방사 도파관과 상기 제2 방사 도파관의 동위상은, 상기 릿지와 중첩되는 상기 지연 포스트의 길이 조절을 통해 이루어진다.In an embodiment, the in-phase of the first radiation waveguide and the second radiation waveguide is achieved by adjusting the length of the delay post overlapping the ridge.
본 발명에 따르면, 방사 도파관에 적용되는 급전 슬롯을 Z형(Z-shaped)으로 구현함으로써, 급전 도파관의 추가적인 튜닝 없이, 방사 도파관과 급전 도파관 간의 임피던스 정합이 가능하다.According to the present invention, by implementing a Z-shaped feed slot applied to the radiation waveguide, impedance matching between the radiation waveguide and the feed waveguide is possible without additional tuning of the feed waveguide.
또한, 방사 도파관에 적용된 Z형의 급전 슬롯은 방사 도파관 내의 릿지 갭(Ridge gap)의 최소화를 가능하게 함으로써, 안테나 이득, 사이드로브 레벨 등과 관련된 안테나 성능을 높일 수 있다.In addition, the Z-shaped feed slot applied to the radiation waveguide can minimize a ridge gap in the radiation waveguide, thereby increasing antenna performance related to antenna gain and side lobe level.
도 1은 관련 기술에 따른 릿지 도파관 슬롯 안테나(Ridge-Waveguide Slot Antenna)의 전체 구조를 나타내는 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 릿지 도파관 슬롯 안테나(Ridge-Waveguide Slot Antenna)의 전체 구조를 나타내는 사시도이다.
도 3은 도 2에 도시된 릿지 도파관 슬롯 안테나의 분리 사시도이다.
도 4는 도 3에 도시된 급전 도파관의 내부에서 유도된 전기장(induced electric field) 방향과 Z 형상의 슬롯 내부에서 유도된 전기장 방향을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 도 2에 도시된 Z 형상의 급전 슬롯의 구조를 보다 상세히 설명하기 위한 평면도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 릿지 도파관 슬롯 안테나에 Z 형상의 급전 슬롯을 적용한 경우에서 S-파라미터(S11)를 시뮬레이션 결과를 나타내는 그래프이다.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 최적의 릿지 갭과 Z형상의 급전 슬롯을 적용한 릿지형 도파관 슬롯 안테나의 방사 패턴을 시뮬레이션한 결과를 나타내는 도면이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 릿지 도파관 슬롯 안테나의 전체 구조를 나타내는 사시도이다.
도 9는 도 8에 도시된 Z 형상을 갖는 2개의 급전 슬롯들의 구조를 상세히 설명하기 위한 평면도이다.
도 10은 도 9에 도시된 지연 포스트(Delay Post)의 3차원 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 11은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 릿지 도파관 슬롯 안테나에 2개의 Z 형상 급전 슬롯을 적용한 경우에서 S-파라미터(S11)를 시뮬레이션 결과를 나타내는 그래프이다.
도 12는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 2개의 Z 형상 급전 슬롯이 적용된 릿지 도파관 슬롯 안테나에 지연 포스트(Delay post)를 적용한 경우에서 방사 패턴을 시뮬레이션한 결과를 보여주는 도면이다.1 is a perspective view showing the overall structure of a ridge-waveguide slot antenna according to the related art.
2 is a perspective view showing the overall structure of a ridge-waveguide slot antenna according to an embodiment of the present invention.
3 is an exploded perspective view of the ridge waveguide tube slot antenna shown in FIG. 2;
FIG. 4 is a view for explaining a direction of an induced electric field inside the feed waveguide shown in FIG. 3 and a direction of an electric field induced inside the Z-shaped slot.
FIG. 5 is a plan view illustrating the structure of the Z-shaped feed slot shown in FIG. 2 in more detail.
6 is a graph showing simulation results of S-parameters S11 in the case where a Z-shaped feeding slot is applied to a ridge waveguide slot antenna according to an embodiment of the present invention.
7 is a view showing simulation results of radiation patterns of a ridge-type waveguide slot antenna to which an optimal ridge gap and a Z-shaped feeding slot are applied according to an embodiment of the present invention.
8 is a perspective view showing the overall structure of a ridge waveguide tube slot antenna according to another embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a plan view for explaining in detail the structure of two feed slots having a Z shape shown in FIG. 8 .
FIG. 10 is a diagram for explaining a three-dimensional structure of the delay post shown in FIG. 9 .
11 is a graph showing simulation results of S-parameters S11 in the case where two Z-shaped feeding slots are applied to a ridge waveguide slot antenna according to another embodiment of the present invention.
12 is a diagram showing a simulation result of a radiation pattern in a case where a delay post is applied to a ridge waveguide slot antenna to which two Z-shaped feeding slots are applied according to another embodiment of the present invention.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.Since the present invention can make various changes and have various embodiments, specific embodiments are illustrated in the drawings and described in detail. However, this is not intended to limit the present invention to specific embodiments, and should be understood to include all modifications, equivalents, and substitutes included in the spirit and scope of the present invention.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 릿지 도파관 슬롯 안테나(Ridge-Waveguide Slot Antenna)의 전체 구조를 나타내는 도면이다.2 is a diagram showing the overall structure of a ridge-waveguide slot antenna according to an embodiment of the present invention.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 릿지 도파관 슬롯 안테나는 급전 도파관(100)과 상기 급전 도파관(100)의 종단에 교차하도록 결합되는 방사 도파관(200)을 포함하도록 구성된다.Referring to FIG. 2 , the ridge waveguide slot antenna according to an embodiment of the present invention is configured to include a feed waveguide 100 and a radiation waveguide 200 coupled to the end of the feed waveguide 100 to cross.
급전 도파관(100)은 구형(rectangular) 도파관으로 구현될 수 있으며, 방사 도파관(200) 역시 구형(rectangular) 도파관으로 구현될 수 있다.The feed waveguide 100 may be implemented as a rectangular waveguide, and the radiation waveguide 200 may also be implemented as a rectangular waveguide.
방사 도파관(20)의 상부벽에는 복수의 방사 슬롯들(Radiating Slots: RS1, RS2, RS3, RS4, RS5, ...)이 일정한 간격으로 배열된다. 방사 슬롯은 방사 도파관(20)의 상부벽을 관통하는 일직선 형태의 구멍일 수 있다. 방사 도파관(20)은 방사 슬롯들(RS1, RS2, RS3, RS4, RS5, ...)을 통해 RF 신호를 방사한다. A plurality of radiating slots (RS1, RS2, RS3, RS4, RS5, ...) are arranged at regular intervals on the upper wall of the radiation waveguide 20. The radiation slot may be a straight-line hole penetrating the upper wall of the radiation waveguide 20 . Radiation waveguide 20 radiates RF signals through radiating slots RS1, RS2, RS3, RS4, RS5, ....
안테나 설계 시, 인접한 두 방사 슬롯들(RS1 및 RS2)은 방사 도파관(20)의 중심을 지나가는 가상의 중심선(2)을 기준으로 반대 방향에 위치해야 한다. 그 이유는 방사 슬롯들(RS1, RS2, RS3, RS4, RS5, ...)을 동일한 방향(일직선)으로 배열하는 경우, 인접한 두 방사 슬롯들(RS1 및 RS2)에서 반대 위상을 갖는 전계들이 형성되어 서로 상쇄되므로, 방사가 이루어지지 않을 수 있기 때문이다.When designing an antenna, two adjacent radiation slots RS1 and RS2 should be located in opposite directions with respect to an imaginary center line 2 passing through the center of the radiation waveguide 20. The reason is that when the radiation slots (RS1, RS2, RS3, RS4, RS5, ...) are arranged in the same direction (straight line), electric fields having opposite phases are formed in two adjacent radiation slots (RS1 and RS2). Since they cancel each other out, radiation may not be achieved.
도 2의 우측에는 방사 도파관(200)의 상부벽을 제거한 상태에서 방사 도파관(20)의 내부 구조를 나타내는 확대도가 도시된다. 도 2에 도시된 바와 같이, 방사 도파관(200)의 하부벽(201)에는 급전 도파관(100)으로부터 에너지(전력)를 전달받기 위한 Z형상의 급전 슬롯(210)이 형성된다.The right side of FIG. 2 shows an enlarged view showing the internal structure of the radiation waveguide 20 in a state where the upper wall of the radiation waveguide 200 is removed. As shown in FIG. 2 , a Z-shaped feeding slot 210 for receiving energy (power) from the feeding waveguide 100 is formed on the lower wall 201 of the radiation waveguide 200 .
이와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 방사 도파관(200)은, Z형상의 급전 슬롯(210)을 통해 급전 도파관(100)으로부터 에너지를 전달받는 점에서, 경사진 직선 형상의 급전 슬롯(도 1의 21)을 통해 급전 도파관(10)으로부터 에너지를 전달받는 도 1에 도시된 방사 도파관(20)과 차이가 있다.In this way, the radiation waveguide 200 according to the embodiment of the present invention receives energy from the feed waveguide 100 through the Z-shaped feed slot 210, and the inclined straight feed slot (FIG. 1 It is different from the radiation waveguide 20 shown in FIG. 1 in which energy is transmitted from the feed waveguide 10 through 21).
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 방사 도파관(20)의 내부에는 Z형상의 급전 슬롯(210)을 사이에 두고, 중심선(2)을 따라 연장되는 릿지들(220 및 230)이 형성된다.In addition, ridges 220 and 230 extending along the center line 2 with the Z-shaped feeding slot 210 interposed therebetween are formed inside the radiation waveguide 20 according to the embodiment of the present invention.
방사 도파관(20)의 내부에 삽입되는 릿지들(22 및 23)은 도파관 슬롯 안테나 분야에서 널리 사용되는 기술적 용어로서, 이들의 역할 및 기능에 대한 설명은 공지 기술로 대신한다.The ridges 22 and 23 inserted into the radiation waveguide 20 are technical terms widely used in the field of waveguide slot antennas, and descriptions of their roles and functions are replaced with known technologies.
중요한 점은 도 1에 도시된 경사진 직선 형태의 급전 슬롯(21) 대신에 본 발명의 실시 예에 따른 Z 형상의 급전 슬롯(210)을 릿지 도파관에 적용하면, 릿지 갭(Ridge Gap: G)을 충분히 좁게 설계할 수 있기 때문에, 안테나의 방사 특성을 크게 향상시킬 수 있다는 점이다. 여기서, 릿지 갭(G)은 상기 Z형상의 급전 슬롯(210)의 좌측에 형성된 제1 릿지(220)의 단부와 상기 Z형상의 급전 슬롯(210)을 사이에 두고 상기 제1 릿지(220)의 단부와 마주하는 제2 릿지(230)의 단부 사이의 간격으로 정의된다.An important point is that when the Z-shaped feeding slot 210 according to the embodiment of the present invention is applied to the ridge waveguide instead of the inclined straight feeding slot 21 shown in FIG. 1, the ridge gap (G) Since can be designed narrow enough, the radiation characteristics of the antenna can be greatly improved. Here, the ridge gap G is formed between the end of the first ridge 220 formed on the left side of the Z-shaped feed slot 210 and the Z-shaped feed slot 210, and the first ridge 220 It is defined as a gap between the end of the end and the end of the second ridge 230 facing each other.
도 3은 도 2에 도시된 릿지 도파관 슬롯 안테나의 분리 사시도이다.3 is an exploded perspective view of the ridge waveguide tube slot antenna shown in FIG. 2;
도 3에 도시된 바와 같이, 방사 도파관(200)의 하부벽(201)에는 Z형상의 급전 슬롯(210)이 형성되고, 급전 도파관(100)의 상부벽(101)에는 상기 Z형상의 급전 슬롯(210)과 커플링되는 커플링 슬롯(coupling slot)(110)이 형성된다. 상기 커플링 슬롯(110) 역시 상기 Z형상의 급전 슬롯(210)과 동일하게 Z형상으로 설계된다. As shown in FIG. 3, a Z-shaped feed slot 210 is formed on the lower wall 201 of the radiation waveguide 200, and the Z-shaped feed slot 210 is formed on the upper wall 101 of the feed waveguide 100. A coupling slot 110 coupled with 210 is formed. The coupling slot 110 is also designed in the same Z shape as the Z-shaped feed slot 210 .
급전 도파관(100)의 상부벽(101)에 형성된 Z형상의 커플링 슬롯(110)과 상기 급전 도파관(100)의 상부벽(101)에 맞닿는 방사 도파관(100)의 하부벽(201)에 형성된 상기 Z형상의 급전 슬롯이 커플링됨으로써, 급전 도파관(100)은 상기 Z형상의 커플링 슬롯(110)과 상기 Z형상의 급전 슬롯(210)을 통해 방전 도파관(200)으로 에너지를 전달할 수 있게 된다.A Z-shaped coupling slot 110 formed on the upper wall 101 of the feed waveguide 100 and formed on the lower wall 201 of the radiating waveguide 100 in contact with the upper wall 101 of the feed waveguide 100 By coupling the Z-shaped feed slot, the feed waveguide 100 can transmit energy to the discharge waveguide 200 through the Z-shaped coupling slot 110 and the Z-shaped feed slot 210 do.
본 명세서에서는, 급전 도파관(100)의 상부벽(101)에 형성된 Z형상의 슬롯을 커플링 슬롯으로 지칭하고, 방사 도파관(200)의 하부벽(021)에 형성된 Z형상의 슬롯을 급전 슬롯으로 지칭하여 구분하지만, 급전 도파관(100)에 형성된 Z형상의 슬롯을 하부 급전 슬롯으로 지칭하고, 방사 도파관(200)에 형성된 Z형상의 슬롯을 상부 급전 슬롯으로 지칭할 수도 있다.In this specification, the Z-shaped slot formed on the upper wall 101 of the feed waveguide 100 is referred to as a coupling slot, and the Z-shaped slot formed on the lower wall 021 of the radiation waveguide 200 is referred to as a feed slot. Although referred to separately, the Z-shaped slot formed in the feed waveguide 100 may be referred to as a lower feed slot, and the Z-shaped slot formed in the radiation waveguide 200 may be referred to as an upper feed slot.
도 4는 도 3에 도시된 급전 도파관의 내부에서 유도된 전기장(induced electric field) 방향과 Z 형상의 슬롯 내부에서 유도된 전기장 방향을 설명하기 위한 도면이다.FIG. 4 is a view for explaining a direction of an induced electric field inside the feed waveguide shown in FIG. 3 and a direction of an electric field induced inside the Z-shaped slot.
도 4에 도시된 바와 같이, Z 형상의 슬롯(110 및 220) 내부에서 유도된 전기장은 급전 도파관(100)의 내부에 유도된 전기장의 방향에 대해 수직한 방향으로 형성된다. 이때, Z 형상의 슬롯(110 및 220) 내부에서 Z 형상의 슬롯의 끝 부분보다 중앙 부분에서 더 큰 전기장이 유도된다. 그리고, Z 형상의 슬롯(110 및 220) 내부에서 유도된 전기장에 의해, 에너지가 급전 도파관(100)에서 방사 도파관(200)으로 전달된다.As shown in FIG. 4 , the electric field induced inside the Z-shaped slots 110 and 220 is formed in a direction perpendicular to the direction of the electric field induced inside the feed waveguide 100 . At this time, within the Z-shaped slots 110 and 220, a larger electric field is induced at the central portion than at the ends of the Z-shaped slots. Energy is transferred from the feed waveguide 100 to the radiation waveguide 200 by the electric field induced inside the Z-shaped slots 110 and 220 .
도 5는 도 2에 도시된 Z 형상의 급전 슬롯의 구조를 보다 상세히 설명하기 위한 평면도이다.FIG. 5 is a plan view illustrating the structure of the Z-shaped feed slot shown in FIG. 2 in more detail.
도 5를 참조하면, 릿지가 삽입된 방사 도파관(200)에 Z-shaped 급전 슬롯(210)을 적용하기 위해, 제1 릿지(220)의 종단부와 상기 제1 릿지(220)의 종단부와 마주하는 제2 릿지(230)의 종단부 사이에 릿지 갭(G)이 형성된다. Referring to FIG. 5, in order to apply the Z-shaped feed slot 210 to the radiation waveguide 200 into which the ridge is inserted, the end of the first ridge 220 and the end of the first ridge 220 A ridge gap G is formed between the facing ends of the second ridges 230 .
본 발명의 일 실시 예에 따르면, Z 형상의 급전 슬롯을 적용하기 때문에, 상기 릿지 갭(G)의 길이는 λg/4 ± 15% mm의 범위 내에서 자유롭게 조절이 가능하도록 설계될 수 있다. 이 범위 내에서 조절된 상기 릿지 갭(G)의 길이에 따라, 급전 도파관(100)과 방사 도파관(200) 간이 임피던스 정합이 가능하다.According to an embodiment of the present invention, since the Z-shaped feeding slot is applied, the length of the ridge gap G can be designed to be freely adjustable within a range of λ g /4 ± 15% mm. Depending on the length of the ridge gap G adjusted within this range, impedance matching between the feed waveguide 100 and the radiation waveguide 200 is possible.
본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 Z 형상의 급전 슬롯(210)은 Z축 방향(방사 도파관(200)의 폭 방향)으로 연장되는 제1 슬롯(L1), 상기 제1 슬롯(L1)의 한쪽 단부로부터 X축 방향(방사 도파관(200)의 길이 방향)으로 연장되는 제2 슬롯(L2) 및 제1 슬롯의 다른 쪽 단부로부터 제2 슬롯(L2)이 연장되는 방향과 반대방향으로 연장되는 제3 슬롯(L3)을 포함하도록 구성될 수 있다. According to one embodiment of the present invention, the Z-shaped feeding slot 210 is a first slot (L 1) extending in the Z-axis direction (width direction of the radiation waveguide 200), the first slot (L 1 ) ) The second slot (L 2 ) extending in the X-axis direction (the longitudinal direction of the radiation waveguide 200) from one end of the first slot and the second slot (L 2 ) extending from the other end of the first slot opposite to the extending direction. It may be configured to include a third slot (L 3 ) extending in the direction.
본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 제1 내지 제3 슬롯 중에서 선택된 적어도 어느 하나의 길이 조절을 통해 급전 도파관(100)과 방사 도파관(200) 간의 임피던스 정합이 이루어질 수 있다. 예를 들면, 상기 제1 슬롯(L1)의 길이는 λg/5 ± 5% mm의 범위 내에서 구한 최적 값으로 설계될 수 있고, 제2 및 제3 슬롯(L2, L3)의 길이는 λg/8 ± 10% mm의 범위 내에서 구한 최적 값으로 설계될 때, 급전 도파관(100)과 방사 도파관(200) 간의 임피던스 정합이 이루어질 수 있다.According to an embodiment of the present invention, impedance matching between the feed waveguide 100 and the radiation waveguide 200 may be achieved by adjusting the length of at least one selected from the first to third slots. For example, the length of the first slot L 1 may be designed as an optimal value obtained within the range of λ g /5 ± 5% mm, and the second and third slots L 2 , When the length of L 3 is designed to be an optimal value obtained within the range of λ g /8 ± 10% mm, impedance matching between the feed waveguide 100 and the radiation waveguide 200 can be achieved.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 릿지 도파관 슬롯 안테나에 Z 형상의 급전 슬롯을 적용한 경우에서 S-파라미터(S11)를 시뮬레이션 결과를 나타내는 그래프이다.6 is a graph showing simulation results of S-parameters S11 in the case where a Z-shaped feeding slot is applied to a ridge waveguide slot antenna according to an embodiment of the present invention.
도 6을 참조하면, 본 출원인은 Z 형상의 급전 슬롯에 전술한 범위들 내에서 구한 최적 값으로 제1 내지 제3 슬롯(L1, L2 및 L3)의 길이를 설계했을 때, 대략 9.56GHz~9.70 GHz에서 S11이 약 -20 dB임을 시뮬레이션 결과로부터 확인할 수 있었고, 이는, Z 형상의 급전 슬롯(L1, L2 및 L3)을 구성하는 제1 내지 제3 슬롯(L1, L2 및 L3)의 길이 조절을 통해 원하는 주파수 대역에서 임피던스 정합이 가능함을 확인할 수 있었다.Referring to FIG. 6, the present applicant provides the first to third slots (L 1 , L 2 and When designing the length of L 3 ), it was confirmed from the simulation results that S11 is about -20 dB at approximately 9.56 GHz to 9.70 GHz, which is the Z-shaped feeding slot (L 1 , L 2 and The first to third slots (L 1 , L 2 and It was confirmed that impedance matching is possible in a desired frequency band by adjusting the length of L 3 ).
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 최적의 릿지 갭과 Z형상의 급전 슬롯을 적용한 릿지형 도파관 슬롯 안테나의 방사 패턴을 시뮬레이션한 결과를 나타내는 도면이다.7 is a view showing simulation results of radiation patterns of a ridge-type waveguide slot antenna to which an optimal ridge gap and a Z-shaped feeding slot are applied according to an embodiment of the present invention.
도 7에서, 방사 패턴은 안테나에서 전계와 자계가 어느 방향으로 얼마만큼 전달되는가를 동시에 보여주는 성능 파라미터로서, 도 7의 (A)는 본 발명의 실시 예에 따른 최적의 릿지 갭과 Z형상의 급전 슬롯을 적용한 릿지형 도파관 슬롯 안테나의 방사 패턴을 2차원 형태로 나타낸 것이고, (B)는 상기 릿지형 도파관 슬롯 안테나의 사이드로브 레벨을 극좌표계에서 나타낸 도면이다.In FIG. 7, the radiation pattern is a performance parameter showing how much and in which direction the electric field and magnetic field are transmitted in the antenna at the same time. FIG. The radiation pattern of the slotted ridge-type waveguide slot antenna is shown in a two-dimensional form, and (B) is a diagram showing the sidelobe level of the ridge-type waveguide tube slot antenna in polar coordinates.
도 7의 (A) 및 (B)를 참조하면, 안테나의 이득은 약 17 dB, 빔 폭은 약 4.4 deg, 사이드로브 레벨은 약 -12.1 dB의 특성을 가지며, 릿지 갭과 Z 형상의 급전 슬롯의 길이(L1, L2 및 L3의 길이)를 조절하여 임피던스 정합을 하여도 안테나 이득, 빔 폭, 사이드로브 레벨과 같은 특성에 영향이 없다는 것을 검증하였다.Referring to (A) and (B) of FIG. 7, the antenna gain is about 17 dB, the beam width is about 4.4 deg, the side lobe level is about -12.1 dB, and the ridge gap and Z-shaped feeding slot It was verified that impedance matching by adjusting the lengths of L 1 , L 2 and L 3 did not affect characteristics such as antenna gain, beam width, and sidelobe level.
도 8은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 릿지 도파관 슬롯 안테나의 전체 구조를 나타내는 사시도이다.8 is a perspective view showing the overall structure of a ridge waveguide tube slot antenna according to another embodiment of the present invention.
도 8을 참조하면, 본 발명의 다른 실시 예에 따른 릿지 도파관 슬롯 안테나는 급전 도파관(100)에 교차하도록 결합되는 2개의 방사 도파관들(200 및 300)을 포함하는 점에서 도 2에 도시된 릿지 도파관 슬롯 안테나가 차이가 있다. Referring to FIG. 8, the ridge waveguide slot antenna according to another embodiment of the present invention includes two radiating waveguides 200 and 300 coupled to the feed waveguide 100 to cross the ridge shown in FIG. Waveguide slot antennas are different.
본 발명의 다른 실시 예에 따르면, 2개의 방사 도파관들(200 및 300)은 서로 평행하게 배열되며, 하나의 급전 도파관(100)이 2개의 방사 도파관들(200 및 300)로 에너지를 전달하기 위해, Z 형상을 갖는 2개의 급전 슬롯들(210, 310)이 적용된다. 즉, 급전 도파관(100)은 제1 급전 슬롯(210)을 통해 에너지를 제1 방사 도파관(200)으로 전달하고, 제2 급전 슬롯(310)을 통해 에너지를 제2 방사 도파관(300)으로 전달한다.According to another embodiment of the present invention, the two radiation waveguides 200 and 300 are arranged in parallel with each other, and one feeding waveguide 100 transfers energy to the two radiation waveguides 200 and 300. , two feed slots 210 and 310 having a Z shape are applied. That is, the feed waveguide 100 transfers energy to the first radiation waveguide 200 through the first feed slot 210 and transfers energy to the second radiation waveguide 300 through the second feed slot 310. do.
도 9는 도 8에 도시된 Z 형상을 갖는 2개의 급전 슬롯들의 구조를 상세히 설명하기 위한 평면도이고, 도 10은 도 9에 도시된 지연 포스트(Delay Post)의 3차원 구조를 설명하기 위한 도면이다.FIG. 9 is a plan view for explaining in detail the structure of two feed slots having a Z shape shown in FIG. 8 , and FIG. 10 is a view for explaining a three-dimensional structure of a delay post shown in FIG. 9 . .
도 9를 참조하면, 제1 및 제2 급전 슬롯(210 및 310) 모두가 Z형상을 갖는다. 다만, 제2 급전 슬롯(310)의 Z형상은 제1 급전 슬롯(210)의 Z 형상의 위아래가 반전된 Z형상을 갖는다. 이처럼 제2 급전 슬롯(310)을 위아래가 반전된 Z형상으로 설계하는 이유는 제1 방사 도파관(200)에서 방사되는 RF 신호와 제2 방사 도파관(300)에서 방사되는 RF 신호가 180도의 위상차를 갖도록 설계하기 위함이다.Referring to FIG. 9 , both the first and second feed slots 210 and 310 have a Z shape. However, the Z shape of the second feed slot 310 has a Z shape in which the top and bottom of the Z shape of the first feed slot 210 is reversed. The reason why the second feed slot 310 is designed in an upside-down Z shape is that the RF signal emitted from the first radiation waveguide 200 and the RF signal emitted from the second radiation waveguide 300 have a phase difference of 180 degrees. It is designed to have
도면에 도시하지는 않았으나, 2개의 급전 슬롯들(210 및 310)이 적용된 릿지 도파관 슬롯 안테나에서는 급전 도파관의 상부벽에 2개의 급전 슬롯들(210 및 310)과 각각 커플링되는 2개의 커플링 슬롯들(또는 2개의 하부 급전 슬롯들)이 형성된다.Although not shown in the figure, in the ridge waveguide slot antenna to which the two feed slots 210 and 310 are applied, the two feed slots 210 and 310 are coupled to the upper wall of the feed waveguide, respectively. Two coupling slots (or two lower feed slots) are formed.
Z 형상의 위아래가 반전된 점을 제외하면, 제1 방사 도파관(200)과 제2 방사 도파관(300)의 내부 구조는 동일하다. 즉, 제1 방사 도파관(200)과 동일하게, 제2 방사 도파관(300)의 내부에도 위아래가 반전된 Z형상의 급전 슬롯(310)을 사이에 두고, 두개의 릿지들(320 및 330)이 삽입된다.Except for the fact that the top and bottom of the Z shape are reversed, the internal structures of the first radiation waveguide 200 and the second radiation waveguide 300 are the same. That is, like the first radiation waveguide 200, the inside of the second radiation waveguide 300 also has a Z-shaped feeding slot 310 inverted upside down, and the two ridges 320 and 330 are inserted
구체적으로, Z형상의 제2 급전 슬롯(310)은 Z축 방향으로 연장되는 제4 슬롯(L4)과, 상기 제4 슬롯(L4)의 한쪽 단부로부터 X축 방향으로 연장되는 제5 슬롯(L5) 및 상기 제4 슬롯(L4)의 한쪽 단부로부터 상기 5 슬롯(L5)의 연장 방향과 반대되는 방향으로 연장되는 제6 슬롯(L6)을 포함하도록 구성될 수 있다.Specifically, the Z-shaped second feed slot 310 includes a fourth slot (L 4 ) extending in the Z-axis direction, and a fifth slot extending in the X-axis direction from one end of the fourth slot (L 4 ). (L 5 ) and a sixth slot (L 6 ) extending from one end of the fourth slot (L 4 ) in a direction opposite to the extending direction of the 5 slots (L 5 ).
본 발명의 실시 예에 따르면, 제1 방사 도파관(200)과 제2 방사 도파관(300) 사이의 간격(91)은 도파관 내 파장 길이의 절반(λg/2)일 수 있다. 여기서, 간격(91)은 제1 방사 도파관(200)의 내부에 삽입된 릿지(220)와 제2 방사 도파관(300)의 내부에 삽입된 릿지(320) 사이의 간격으로 정의될 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the interval 91 between the first radiation waveguide 200 and the second radiation waveguide 300 may be half (λ g /2) of the wavelength in the waveguide. Here, the distance 91 may be defined as a distance between the ridge 220 inserted into the first radiation waveguide 200 and the ridge 320 inserted into the second radiation waveguide 300.
본 발명의 실시 예에 따르면, 급전 도파관(100)과 2개의 방사 도파관들(200 및 300) 사이의 임피던스 정합은 제1 Z-형상의 급전 슬롯(210)의 일부를 구성하는 제1 슬롯(L1)의 길이 및 제2 Z-형상의 급전 슬롯(310)의 일부를 구성하는 제4 슬롯(L4)의 길이 중에서 적어도 하나의 길이 조절을 통해 수행될 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the impedance matching between the feed waveguide 100 and the two radiation waveguides 200 and 300 is a first slot (L constituting a part of the first Z-shaped feed slot 210). 1 ) and the length of the fourth slot (L 4 ) constituting a part of the second Z-shaped feed slot 310 may be performed by adjusting at least one length.
본 발명의 실시 예에 따르면, 제1 슬롯(L1)과 제4 슬롯(L4)의 길이는 λg/5 ± 10% mm 범위 내에서 구한 최적값일 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the lengths of the first and fourth slots L 1 and L 4 may be optimal values obtained within the range of λ g /5 ± 10% mm.
한편, 제1 방사 도파관(200)의 방사 슬릿을 통해 방사되는 신호와 제2 방사 도파관(300)의 방사 슬릿을 통해 방사되는 신호 간의 위상을 맞추기 위해, 지연 포스트(Delay Post)(120 및 130)가 급전 도파관(100)의 내부에 삽입된다.On the other hand, in order to match the phase between the signal radiated through the radiation slit of the first radiation waveguide 200 and the signal radiated through the radiation slit of the second radiation waveguide 300, delay posts 120 and 130 is inserted into the feed waveguide 100.
본 발명의 실시 예에 따르면, 도 9및 10에 도시된 바와 같이, 제1 지연 포스트(120)는 급전 도파관(100)의 내부에서 제2 방사 도파관(300)의 내부에 삽입된 제1 릿지(320)의 종단부 아래에 배치되며, 제2 지연 포스트(130)는 급전 도파관(100)의 내부에서 상기 제1 릿지(320)의 종단부와 마주하는 제2 릿지(330)의 종단부 아래에 배치된다.According to an embodiment of the present invention, as shown in FIGS. 9 and 10 , the first delay post 120 is a first ridge (inserted from the inside of the feed waveguide 100 to the inside of the second radiation waveguide 300) 320), and the second delay post 130 is located under the end of the second ridge 330 facing the end of the first ridge 320 inside the feed waveguide 100. are placed
본 발명의 실시 예에 따르면, 도 9및 10에 도시된 바와 같이, 지연 포스트(120 및 130)는 사각형의 단면 구조를 가지며, 급전 도파관(100)의 양쪽 내측벽 상에 배치된다.According to an embodiment of the present invention, as shown in FIGS. 9 and 10 , the delay posts 120 and 130 have a rectangular cross-sectional structure and are disposed on both inner walls of the feed waveguide 100 .
본 발명의 실시 예에 따르면, 지연 포스트(120 및 130)의 길이(LP)는 λg/8 ± 5% mm 범위 내에서 구한 최적값일 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the length (L P ) of the delay posts 120 and 130 may be an optimum value obtained within the range of λ g /8 ± 5% mm.
도 11은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 릿지 도파관 슬롯 안테나에 2개의 Z 형상 급전 슬롯을 적용한 경우에서 S-파라미터(S11)를 시뮬레이션 결과를 나타내는 그래프이다.11 is a graph showing simulation results of S-parameters S11 in the case where two Z-shaped feeding slots are applied to a ridge waveguide slot antenna according to another embodiment of the present invention.
도 11을 참조하면, 도 9에 도시된 제1 슬롯(L1)의 길이 및/또는 제4 슬롯(L4)의 길이를 λg/5 ± 10% mm 범위 내에서 구한 최적값으로 설계한 경우, S11(반사 계수)가 9.6 GHz에서 약 -24.5 dB로서, 임피던스 정합이 가능함을 확인하였다. 또한, 9.38 GHz ~ 9.67 GHZ에서 S11이 -10 dB 이하이고, 290 MHz의 대역폭을 가짐을 확인함으로써, 2개의 급전 슬롯이 적용된 릿지형 도파관 슬롯 안테나에서도 임피던스 정합이 가능하다는 것을 검증하였다.Referring to FIG. 11, the length of the first slot (L 1 ) and/or the length of the fourth slot (L 4 ) shown in FIG. 9 is designed as an optimal value obtained within the range of λ g /5 ± 10% mm In this case, S11 (reflection coefficient) is about -24.5 dB at 9.6 GHz, confirming that impedance matching is possible. In addition, by confirming that S11 is less than -10 dB and has a bandwidth of 290 MHz at 9.38 GHz to 9.67 GHZ, it is verified that impedance matching is possible even in a ridged waveguide slot antenna to which two feeding slots are applied.
도 12는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 2개의 Z 형상 급전 슬롯이 적용된 릿지 도파관 슬롯 안테나에 지연 포스트(Delay post)를 적용한 경우에서 방사 패턴을 시뮬레이션한 결과를 보여주는 도면이다.12 is a diagram showing a simulation result of a radiation pattern in a case where a delay post is applied to a ridge waveguide slot antenna to which two Z-shaped feeding slots are applied according to another embodiment of the present invention.
도 12의 (A)는 x-z plane에서의 방사 패턴을 나타내는 시뮬레이션 결과이고, 도 12의 (B)는 y-z plane에서의 방사 패턴을 나타내는 시뮬레이션 결과이다.12(A) is a simulation result showing a radiation pattern in the x-z plane, and FIG. 12(B) is a simulation result showing a radiation pattern in the y-z plane.
전술한 바와 같이. 지연 포스트(120 및 130)는 급전 도파관(100) 내부에서 제2 방사 도파관(300)의 내부에 형성된 릿지(320, 330)의 아래에 형성되며, 상기 릿지와 중첩되는 지연 포스트(120 및 130)의 길이(Lp)를 조절하여, 제1 방사 도파관(200)과 제2 방사 도파관(300) 간의 위상을 동 위상으로 맞출 수 있다. As previously stated. The delay posts 120 and 130 are formed under the ridges 320 and 330 formed inside the second radiation waveguide 300 inside the feed waveguide 100, and the delay posts 120 and 130 overlapping the ridges The phase between the first radiation waveguide 200 and the second radiation waveguide 300 may be matched to the same phase by adjusting the length L p of .
도 12의 (A)와 같이, x-z plane에서의 방사 패턴은, 지연 포스트(120 및 130)의 적용과 관계없이, 안테나 빔이 0도에서 가장 높은 이득 특성을 보인다. 하지만 y-z plane에서의 방사 패턴은 지연 포스트(120 및 130)를 적용하지 않으면 제1 방사 도파관(200)과 제2 방사 도파관(300) 간의 위상차로 인해 약 7도 정도 안테나 빔이 기울어지고, 지연 포스트(120 및 130)를 적용하면, 안테나 빔이 기울어지지 않고 0도에서 가장 높은 이득 특성을 보인다. As shown in (A) of FIG. 12, the radiation pattern in the x-z plane shows the highest gain characteristics at 0 degree of the antenna beam regardless of the application of the delay posts 120 and 130. However, in the radiation pattern in the y-z plane, if the delay posts 120 and 130 are not applied, the antenna beam is tilted by about 7 degrees due to the phase difference between the first radiation waveguide 200 and the second radiation waveguide 300, and the delay post When (120 and 130) are applied, the antenna beam is not tilted and the highest gain characteristic is shown at 0 degree.
따라서 급전 도파관(100)에 지연 포스트(120 및 130)를 적용하면, 제1 방사 도파관(200)과 제2 방사 도파관(300)의 위상이 동위상이 되어, 안테나 빔이 기울어지지 않음을 검증하였다.Therefore, when the delay posts 120 and 130 are applied to the feed waveguide 100, the phases of the first radiation waveguide 200 and the second radiation waveguide 300 become in phase, and it is verified that the antenna beam is not tilted. .
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 Z 형상의 급전 슬롯을 릿지형 도파관 슬롯 안테나 구조에 적용하면, 임피던스 정합에 소요되는 시간을 줄일 수 있다.As described above, if the Z-shaped feed slot according to the present invention is applied to the ridge-type waveguide tube slot antenna structure, the time required for impedance matching can be reduced.
또한, 도 1에 도시된 경사진 급전 슬롯을 적용한 관련 기술에 따른 도파관 슬롯 안테나 구조보다 높은 안테나 이득과 낮은 사이드로브 레벨의 특성을 가진 릿지형 도파관 슬롯 안테나를 구현할 수 있다. In addition, a ridge-type waveguide slot antenna having characteristics of higher antenna gain and lower sidelobe level than the waveguide tube slot antenna structure according to the related art to which the inclined feed slot shown in FIG. 1 is applied can be implemented.
또한, 안테나 배열 시 발생하는 임피던스 비정합 문제와 안테나 빔이 기울어지는 것에 대한 문제점도 Z-shaped 급전 슬롯과 지연 포스트를 적용함으로써 해결할 수 있다.In addition, the problem of impedance mismatching and tilting of the antenna beam occurring during antenna arrangement can be solved by applying the Z-shaped feed slot and delay post.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다. As described above, although the embodiments have been described with limited examples and drawings, those skilled in the art can make various modifications and variations from the above description. For example, the described techniques may be performed in an order different from the method described, and/or components of the described system, structure, device, circuit, etc. may be combined or combined in a different form than the method described, or other components may be used. Or even if it is replaced or substituted by equivalents, appropriate results can be achieved.
Claims (12)
상기 급전 도파관에 교차하도록 상기 급전 도파관의 상부벽에 결합되는 하부벽을 갖는 방사 도파관을 포함하며,
상기 급전 도파관 내의 에너지가, 상기 급전 도파관의 상부벽과 상기 방사 도파관의 하부벽에 형성된 Z 형상의 급전 슬롯을 통해, 상기 방사 도파관으로 전달되고,
상기 방사 도파관의 내부에는 상기 방사 도파관의 중심을 지나는 가상의 중심선을 따라 연장되는 제1 및 제2 릿지가 형성되고,
상기 Z 형상의 급전 슬롯은,
상기 제1 릿지의 단부와 상기 제1 릿지의 단부와 마주하는 상기 제2 릿지의 단부 사이에 형성되는 것인 릿지 도파관 슬롯 안테나.feeding waveguide; and
A radiating waveguide having a lower wall coupled to an upper wall of the feeding waveguide so as to intersect the feeding waveguide;
Energy in the feed waveguide is transmitted to the radiation waveguide through a Z-shaped feed slot formed on an upper wall of the feed waveguide and a lower wall of the radiation waveguide;
First and second ridges extending along an imaginary center line passing through the center of the radiation waveguide are formed inside the radiation waveguide,
The Z-shaped feed slot,
A ridge waveguide slot antenna formed between an end of the first ridge and an end of the second ridge facing the end of the first ridge.
상기 급전 도파관과 상기 방사 도파관 간의 임피던스 정합은,
상기 제1 릿지의 단부와 상기 제2 릿지의 단부 사이의 릿지 갭(Ridge gap)을 조절하여 수행되는 것인 릿지 도파관 슬롯 안테나.In paragraph 1,
Impedance matching between the feed waveguide and the radiation waveguide,
The ridge waveguide slot antenna is performed by adjusting a ridge gap between the end of the first ridge and the end of the second ridge.
상기 Z 형상의 급전 슬롯은,
상기 방사 도파관의 폭 방향으로 연장되는 제1 슬롯;
상기 제1 슬롯의 한쪽 단부로부터 상기 방사 도파관의 길이 방향으로 연장되는 제2 슬롯; 및
상기 제1 슬롯의 다른 쪽 단부로부터 상기 제2 슬롯이 연장되는 방향과 반대 방향으로 연장되는 제3 슬롯
을 포함하는 릿지 도파관 슬롯 안테나.In paragraph 1,
The Z-shaped feed slot,
a first slot extending in a width direction of the radiation waveguide;
a second slot extending from one end of the first slot in a longitudinal direction of the radiation waveguide; and
A third slot extending from the other end of the first slot in a direction opposite to the direction in which the second slot extends.
Ridge waveguide slot antenna comprising a.
상기 급전 도파관과 상기 방사 도파관 간의 임피던스 정합은,
상기 제1 내지 제3 슬롯 중에서 선택된 적어도 어느 하나의 길이 조절을 통해 수행되는 것인 릿지 도파관 슬롯 안테나.In paragraph 4,
Impedance matching between the feed waveguide and the radiation waveguide,
Ridge waveguide slot antenna that is performed by adjusting the length of at least one selected from the first to third slots.
상기 방사 도파관이 상부벽에는 RF 신호를 방사하는 복수의 방사 슬롯들이 배열된 것인 릿지 도파관 슬롯 안테나.In paragraph 1,
A ridge waveguide slot antenna in which a plurality of radiation slots for radiating RF signals are arranged on an upper wall of the radiation waveguide.
상기 급전 도파관에 교차하도록 상기 급전 도파관의 상부벽에 결합되는 제1 하부벽을 갖는 제1 방사 도파관; 및
상기 급전 도파관에 교차하도록 상기 급전 도파관의 상부벽에 결합되는 제2 하부벽을 갖는 제2 방사 도파관을 포함하고,
상기 급전 도파관 내의 에너지는,
상기 급전 도파관의 상부벽과 상기 제1 방사 도파관의 상기 제1 하부벽에 형성된 Z 형상의 제1 급전 슬롯을 통해, 상기 제1 방사 도파관으로 전달되고,
상기 급전 도파관의 상부벽과 상기 제2 방사 도파관의 상기 제2 하부벽에 형성된 Z 형상의 제2 급전 슬롯을 통해, 상기 제2 방사 도파관으로 전달되고,
상기 Z 형상의 제1 급전 슬롯은,
상기 제1 방사 도파관의 내부에 형성된 제1 릿지의 단부와 제2 릿지의 단부 사이에 형성되고,
상기 Z 형상의 제2 급전 슬롯은,
상기 제2 방사 도파관의 내부에 형성된 제3 릿지의 단부와 제4 릿지의 단부 사이에 형성되는 것인 릿지 도파관 슬롯 안테나.feeding waveguide;
a first radiation waveguide having a first lower wall coupled to an upper wall of the feeding waveguide to intersect the feeding waveguide; and
a second radiating waveguide having a second lower wall coupled to an upper wall of the feeding waveguide so as to intersect the feeding waveguide;
The energy in the feeding waveguide is
transmitted to the first radiation waveguide through a Z-shaped first feeding slot formed on an upper wall of the feeding waveguide and the first lower wall of the first radiation waveguide;
transmitted to the second radiation waveguide through a Z-shaped second feed slot formed on an upper wall of the feed waveguide and the second lower wall of the second radiation waveguide;
The Z-shaped first feed slot,
It is formed between the end of the first ridge and the end of the second ridge formed inside the first radiation waveguide,
The second feed slot of the Z shape,
The ridge waveguide slot antenna formed between the end of the third ridge and the end of the fourth ridge formed inside the second radiation waveguide.
상기 Z 형상의 제1 급전 슬롯은,
상기 제1 방사 도파관의 폭 방향으로 연장되는 제1 슬롯;
상기 제1 슬롯의 한쪽 단부로부터 상기 제1 방사 도파관의 길이 방향으로 연장되는 제2 슬롯; 및
상기 제1 슬롯의 다른 쪽 단부로부터 상기 제2 슬롯이 연장되는 방향과 반대 방향으로 연장되는 제3 슬롯을 포함하고,
상기 Z 형상의 제2 급전 슬롯은,
상기 제2 방사 도파관의 폭 방향으로 연장되는 제4 슬롯;
상기 제4 슬롯의 한쪽 단부로부터 상기 제2 방사 도파관의 길이 방향으로 연장되는 제5 슬롯; 및
상기 제4 슬롯의 다른 쪽 단부로부터 상기 제5 슬롯이 연장되는 방향과 반대 방향으로 연장되는 제6 슬롯을 포함하는 릿지 도파관 슬롯 안테나.In paragraph 7,
The Z-shaped first feed slot,
a first slot extending in a width direction of the first radiation waveguide;
a second slot extending from one end of the first slot in a longitudinal direction of the first radiation waveguide; and
And a third slot extending from the other end of the first slot in a direction opposite to the direction in which the second slot extends,
The second feed slot of the Z shape,
a fourth slot extending in a width direction of the second radiation waveguide;
a fifth slot extending from one end of the fourth slot in a longitudinal direction of the second radiation waveguide; and
A ridge waveguide slot antenna comprising a sixth slot extending in a direction opposite to a direction in which the fifth slot extends from the other end of the fourth slot.
상기 급전 도파관과 상기 제1 및 제2 방사 도파관 사이의 임피던스 정합은,
상기 제1 슬롯의 길이 및 상기 제4 슬롯의 길이 중에서 적어도 하나의 길이 조절을 통해 수행되는 것인 릿지 도파관 슬롯 안테나.In paragraph 9,
Impedance matching between the feed waveguide and the first and second radiation waveguides,
The ridge waveguide slot antenna is performed by adjusting the length of at least one of the length of the first slot and the length of the fourth slot.
상기 제1 방사 도파관과 상기 제2 방사 도파관의 위상을 동위상으로 맞추기 위해, 상기 급전 도파관의 내부에 지연 포스트(Delay Post)가 형성되고,
상기 지연 포스트는,
상기 급전 도파관의 내부에서 상기 제2 방사 도파관의 내부에 형성된 릿지의 아래에 형성된 것인 릿지 도파관 슬롯 안테나.In paragraph 7,
In order to match the phases of the first radiation waveguide and the second radiation waveguide to the same phase, a delay post is formed inside the feed waveguide,
The delayed post,
A ridge waveguide slot antenna formed below a ridge formed inside the second radiation waveguide in the inside of the feed waveguide.
상기 제1 방사 도파관과 상기 제2 방사 도파관의 동위상은,
상기 릿지와 중첩되는 상기 지연 포스트의 길이 조절을 통해 이루어지는 것인 릿지 도파관 슬롯 안테나.In paragraph 11,
The in-phase of the first radiation waveguide and the second radiation waveguide,
A ridge waveguide slot antenna made by adjusting the length of the delay post overlapping the ridge.
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Citations (2)
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|---|---|---|---|---|
| US4916458A (en) * | 1988-02-19 | 1990-04-10 | Asahi Kasei Kogyo Kabushiki Kaisha | Slotted waveguide antenna |
| KR20190047739A (en) * | 2014-08-06 | 2019-05-08 | 웨이모 엘엘씨 | Folded radiation slots for short wall waveguide radiation |
-
2022
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